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바나듐 배터리
바나듐 배터리(Vanadium battery) 는 양극과 음극이 액체 바나듐으로 된 전해액을 이용하는 배터리이다. 바나듐(Vanadium)은 원소번호 23번이고, 원소기호는 V인 전이금속 원소이다. 바나듐 배터리에는 바나듐 레독스 흐름 배터리와 바나듐이온 배터리 등이 있다.
바나듐 개요[편집]
바나듐(Vanadium)은 고강도 합금과 화학산업 촉매제에 주로 사용되는 금속광물로 리튬이온전지를 대체할 에너지저장장치(ESS) 원료로 각광받고 있다.
바나듐은 원자번호 23, 원소기호 V로 표시되는 원소로 다른 희소금속들처럼 다양한 색을 띄고 있다. 단단하면서도 뛰어난 전이금속으로, 다양한 산업군에서 사용되고 있다. 강철에 바나듐을 소량만 첨가해도 강도를 크게 높일 수 있기 때문에, 고속 절삭공구나 크랭크축처럼 높은 강도를 요구하는 장비의 소재로 많이 사용되고 있다. 또한 연성과 전성 능력이 좋아서 가공이 수월하고, 황산이나 염산, 또는 강알칼리 등을 만나도 부식하지 않는 뛰어난 내부식성까지 갖고 있다.
페로바나듐 1파운드당 가격은 지난 2016년 1월 5.73달러 내외였으나, 2018년 11월 56.25달러 내외로 올랐다.[1]
종류[편집]
바나듐 레독스 흐름 배터리[편집]
바나듐 레독스 흐름 배터리(VRFBㆍVanadium Redox Flow Battery)는 양극과 음극에 사용된 바나듐 전해액이 산화 또는 환원되면서 충전과 방전이 되는 원리로 작동한다. 바나듐 레독스 흐름 전지 또는 간략히 바나늄 레독스 배터리(Vanadium redox battery)라고도 한다.
현재 중국과 미국 일본을 중심으로 태양광과 같은 신재생에너지 사업의 에너지저장장치(ESS)에는 '바나듐 레독스 흐름 배터리'가 상용화되는 추세이다. 두 개로 분리된 탱크에 양극 전해액과 음극 전해액을 채워 넣는다. 탱크 속 전해액이 산화환원반응을 일으키고, 이때 발생하는 전위차를 바탕으로 에너지를 생성해 저장한다. 실제 공장 규모에 바나듐 배터리를 적용했을 때 나타나는 효율은 70% 정도이다. 한국에서는 ㈜에이치투(H2)가 바나듐 레독스 흐름 배터리를 개발했다. 작은 컨테이너 크기로 부피가 크다.[2]
바나듐이온 배터리[편집]
바나듐이온 배터리(VIB; Vanadium Ion Battery)는 바나듐을 전해액 에너지로 사용하는 배터리이다. 간략히 VIB라고도 한다. 바나듐이온 배터리는 한국의 스탠다드에너지㈜가 개발했다. 바나듐이온 배터리는 바나듐 레독스 흐름 배터리와는 다르다. 바나듐 이온 배터리는 바나듐 레독스 흐름 배터리의 장점과 리튬이온 배터리의 장점을 살려서 만든 새로운 배터리의 개념이다. 바나듐이온 배터리(VIB)가 당장 리튬이온 배터리를 대체한다고 보기는 어렵다. 소프트뱅크벤처스에 따르면 리튬이온 배터리는 소형으로 모바일기기, 전기차 등에 적합하지만 VIB는 부피가 크기 때문에 당장 적용하기 어렵기 때문이다. 고효율과 고성능의 안전한 배터리가 필요한 모든 곳에는 VIB가 리튬이온 배터리보다 더 어울리지만 아직은 '덩치'의 한계를 뛰어넘지 못하고 있다.
장점[편집]
바나듐이 리튬보다 어떤 점이 우수해서 차세대 배터리의 소재로 주목을 받는 원인에 대해 전문가들은 '오랜 수명'과 '폭발 위험성이 없다'는 점을 꼽는다.
바나듐 기반의 배터리는 레독스 흐름(Redox Flow) 방식의 이차전지이다. 전해액에 용해된 바나듐이온이 전자를 주고받아 충방전되는 방식의 배터리인 것이다.
현재 가장 많이 사용되고 있는 리튬이온 배터리보다 수명이 10배 이상 길며, 값도 같은 용량에 대비하여 3분의 1 수준에 불과하다. 더군다나 휘발성 전해액을 사용하지 않기 때문에 폭발 위험성이 없다는 것은, 리튬이온 배터리를 대체하는 가장 큰 동기요인으로 작용하고 있다.
2차전지 소재 중에서도 바나듐은 20년 이상의 수명을 보장하기 때문에 가장 오래간다고 할 수 있다. 전해액 양을 늘리기만 해도 저장 용량을 키울 수 있기 때문에 대규모 제조에 용이하다는 점도 배터리 소재로서 매력적 요인이다. 이 같은 특성 때문에 바나듐은 높은 출력이 필요하지 않으면서, 설치 공간에도 제약이 없는 대용량 태양광 발전소나 풍력 발전소의 배터리 소재로 그 가능성을 인정받고 있다.
관련기업[편집]
한국에서는 ㈜에이치투와 스탠다드에너지㈜, ㈜코리드에너지 등의 중소기업을 중심으로 바나듐 배터리 투자에 나서고 있다. OCI나 현대중공업, 두산중공업 등의 대기업도 관련 연구를 진행 중이다. 2021년 4월, 소프트뱅크벤처스가 바나듐이온 배터리(Vanadium Ion Battery/VIB)를 개발한 스탠다드에너지㈜에 100억원을 투자했다.
중국과 미국, 일본 등에선 정부가 바나듐 배터리 산업 육성에 발 벗고 나섰다. 특히 중국은 2008년 중국과학원과 다롄 화학물리연구소 등이 롱커파워란 회사를 설립하고 2017년 1억 1,100만 달러(약 1250억원)의 바나듐 배터리 판매 실적을 기록했다. 미국에선 2012년 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소가 중국의 보롱그룹과 합작한 회사 UET를 만들었다. 이 기업은 2017년 한 해에만 4,100만 달러 어치(약 463억원)의 바나듐 배터리를 판매했다. [3] [4]
전망[편집]
태양광이나 풍력 같은 신재생에너지가 전력을 일정하게 공급하기 위해서는 에너지저장장치(ESS)가 반드시 필요하다. 현재까지는 주로 리튬이온 배터리가 사용되고 있지만, 신재생에너지 저장장치로 쓰기에는 적합하지 않다는 지적을 많이 받고 있다. 저장 용량이 작다 보니 화재 및 폭발의 위험성이 크기 때문이다.
신재생에너지 저장장치의 대표적 사례로는 벤처기업인 ㈜에이치투(H2)가 세종시에 설치한 에너지저장장치(ESS)가 있다. 이 저장장치는 태양광이 낮동안에 만든 전력을 받아 세종시 내의 일부 LED 가로등에 공급하고 있다. 현재는 1MWh급 ESS를 준비하고 있는데, 이 정도 규모의 바나듐 기반 ESS를 보유한 나라는 독일 등 4개국에 불과하다.
한국에너지공단은 연구보고서를 통해 바나듐 배터리가 오는 2028년까지 신재생에너지와 연계된 에너지저장장치(ESS) 시장에서 최대 25% 수준을 차지할 것으로 전망하고 있다.
중국은 여기서 한발 더 나아가 이미 다롄 지역에 풍력발전과 연계한 200㎿급 규모의 바나듐 배터리 ESS 프로젝트를 건설하고 있고, 오는 2020년까지는 100메가와트(㎿) 이상 규모를 갖춘 바나듐 배터리 시범 프로젝트를 시작할 예정인 것으로 알려졌다.
물론 바나듐 배터리에게도 단점은 존재한다. 리튬이온 배터리보다 2~3배 이상의 공간을 차지해야 하기 때문에 전기자동차나 스마트폰용 배터리로는 사용하기가 어려운 것이 현실이다. 또한 유럽에서는 바나듐을 독성 물질로 규정하여 강한 규제를 적용하고 있기 때문에 환경오염에 대한 논란을 불러 일으키고 있는 중이다.[1]
동영상[편집]
각주[편집]
- ↑ 1.0 1.1 김준래 기자, 〈폭발하지 않는 배터리 소재가 있다? – Sciencetimes〉, 《사이언스타임즈》, 2018-12-03
- ↑ 김진호 기자, 〈‘바나듐 배터리’ 신재생에너지로 주목〉, 《동아사이언스》, 2018-12-17
- ↑ 김민중 기자, 〈해외서는 키우는데 한국은 왜 폭발 않는 바나듐 배터리 규제하나〉, 《중앙일보》, 2018-11-11
- ↑ 최진홍 기자, 〈소프트뱅크벤처스 매료시킨 바나듐 이온 배터리, 왜?〉, 《이코노믹리뷰》, 2021-04-14
참고자료[편집]
- "Vanadium redox battery", Wikipedia
- ㈜에이치투 바다늄 레독스 흐름 배터리 개발 및 국내 실증 - http://www.kea.kr/elec_journal/2014_6/7.pdf
- 김진호 기자, 〈‘바나듐 배터리’ 신재생에너지로 주목〉, 《동아사이언스》, 2018-12-17
- 김효원 기자, 〈재생에너지 저장하는 '바나듐 전지' 가격 낮아지나〉, 《헬로디디명》, 2021-01-24
- 김준래 기자, 〈폭발하지 않는 배터리 소재가 있다? – Sciencetimes〉, 《사이언스타임즈》, 2018-12-03
- 최진홍 기자, 〈소프트뱅크벤처스 매료시킨 바나듐 이온 배터리, 왜?〉, 《이코노믹리뷰》, 2021-04-14
- 김민중 기자, 〈해외서는 키우는데 한국은 왜 폭발 않는 바나듐 배터리 규제하나〉, 《중앙일보》, 2018-11-11
같이 보기[편집]
